液压千斤顶毕业设计 - 完整版

液压油缸的设计

（一）液压油缸的机构和组成

1）液压油缸的结构图

图1 液压油缸设计方案示意图

液压油缸结构图1所示，工作时通过上移6手柄使7小活塞向上运动从而形成局部真空，油液从邮箱通过单向阀9被吸入小油缸，然后下压6手柄使7小活塞下压，把小油缸内的液压油通过10单向阀压入3大油缸内，从而推动2大活塞上移，反复动作顶起重物。通过1调节螺杆可以调整液压油缸的起始高度，使用完毕后扭转4回油阀杆，连通3大油缸和邮箱，油液直接流回邮箱，2大活塞下落，大活塞下落速度取决于回油阀杆的扭转程度。

2）液压油缸的组成

液压系统主要由：动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马

达）、控制元件（各种阀）、辅助元件和工作介质等五部分组成。

1.动力元件（油泵）它的作用是把液体利用原动机的机械能转

换成液压力能，是液压传动中的动力部分。

2.执行元件（油缸、液压马达）它是将液体的液压能转换成机

械能。其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。

3.控制元件包括压力阀、流量阀和方向阀等，它们的作用是根

据需要无级调节液压动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。

4.辅助元件除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油

器、蓄能装置、冷却器、管件及邮箱等，它们同样十分重要。

5.工作介质工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，

它经过油泵和液动机实现能量转换。

3）液压传动的优缺点

1、液压传动的优点

（1）体积小、重量轻，例如同等功率液压马达的重量只有电动机的10%～20%，因此惯性力较小。

（2）能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无级调速，且速度范围最大可达1:2000（一般为1:100）.

（3）转向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换。

（4）液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严

格限制。

（5）由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长。

（6）操纵控制简便，自动化程度高。

（7）容易实现过载保护。

（8）液压元件实现了标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。

2、液压传动的缺点

(1)使用液压传动对维护的要求高，工作油要始终保持清洁。

(2)对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高。

(3)液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平。

(4)液压传动对油温变化较敏感，这会影响它的工作稳定性，因此

液压传动不宜在很高或很低的温度下工作，一般工作温度在-15℃～60℃范围内较合适。

(5)液压传动在能量转化的过程中，特别是在节流调速系统中，其

压力大，流量损失大，因此系统效率较低。

（二）液压油缸的原理

1）液压油缸原理图

图1-1

液压油缸的工作原理如图1-1所示，大缸体3和大活塞4组成举升缸；杠杆手柄6、小缸体8、活塞7、单向阀5和9组成手动液压

泵。活塞和缸体之间保持良好的配合关系，又能实现可靠的密封。当抬起手柄6，使小活塞7向上移动，活塞下腔密封容积增大形成局部真空时，单向阀9打开，油箱中的油在大气压力的作用下通过吸油管进入活塞下腔，完成一次吸油动作。当用力压下手柄时，活塞7下移，其下腔密封容积减小，油压升高，单向阀9关闭，单向阀5打开，油液进入举升缸下腔，驱动活塞4使重物G上升一段距离，完成一次压油动作。反复地抬、压手柄，就能使油液不断地被压入举升缸，使重物不断升高，达到起重的目的。如将放油阀2旋转90°（在实物上放油阀旋转角度是可以改变的），活塞4可以在自重和外力的作用下实现回程。这就是液压油缸的工作过程。

2）液压油缸的特点

液压油缸是一种将密封在油缸中的液体作为介质，把液压能转换为机械能从而将重物向上顶起的千斤顶。它结构简单、体积小、重量轻、举升力大，易于维修，但同时制造精度要求较高,若出现泄漏现象将引起举升汽车的下降,保险系数降低,使用其举升时易受部位和地方的限制.传统液压千斤顶由于手柄、活塞、油缸、密封圈、调节螺杆、底座和液压油组成。它利用了密闭容器中静止液体的压力以同样大小各个方向传递的特性。优点：输出推力大。缺点：效率低。

（三）液压油缸结构设计

1）内管设计

已知油缸的额定载荷为19600N，初定额定压力为15Mpa。油缸的最低使用高度为192mm,最高使用高度为277mm.

根据以上要求可以得到如下计算结果：

F=P×A 得到A=19600/9.8/150=13.3cm2

所以内管的直径D=42mm，长为115mm,有效长度为85mm 这里 F=外部作用力（kgf）

A=内管的作用面积(cm2)

P=被传递的压力（kgf/cm2）

内管的壁厚δ为

δ=δ0+C1+C2

根据公式δ0>PmaxD/2δp(m) δp=δb/N

查机械设计手册可知δb=550（无缝钢管，牌号20）

N为安全系数一般取5

δ0>15×0.042/(2×550/5)=0.002m=2mm

δ=δ0+C1+C2=3mm

上式中C1为缸筒外径公差余量

C2为腐蚀余量

缸筒壁厚的验算

根据公式Pn<=0.35δs(D12-D2)/D12MPa

0.35×550×0.00054/0.002304=50MPa

Pn=15MPa

所以缸筒的臂厚完足满足设计需要的要求.

2）外管设计

油缸外管主要的作为是用来储存多余的液压油，在无电动源作用的情况下，外管起了一个油箱的作用。

由上可知道内管的内径为42mm

可得V内=AH=3.14×2.12×8.5=117.7cm2

外管的外径D=66mm

可得V外=AH=3.14×3.32×10=341.94 cm2

△V=V外-V内=341.94-117.7=224.24 cm2

所以△V>V内，完全满足要求.

3）活塞杆设计

活塞杆是液压缸传递力的重要零件，它承受拉力，压力，弯力，曲力和振动冲击等多种作用力，所以必须有足够的强度和刚度，由于液压缸无速比要求，可以根据液压缸的推力和拉力确定。

参照机械设计手册表17-6-16

可根椐内管的内径D=42mm，初步确定活塞杆的外径为d=30mm 活塞杆强度的计算

活塞杆在稳定的工况下，只受纵向推力，可按下式进行计算